Экструзионная линия что это такое
Линия экструзионная
Общие сведения
Экструзионной линией называется система, состоящая из нескольких единиц оборудования, способная производить изделия из полимеров медом экструзии. Такая линия, как правило, состоит из одного или нескольких экструдеров, формующего инструмента (адаптера, фильеры, экструзионной головки) и комплекта прочего оборудования, вместе называемого в иностранной литературе «downstream», по-русски «постэкструзионная линия» а на российских производствах просто «хвост».
Экструзионные линии применяются для производства «бесконечных» изделий путем выдавливания расплава полимера через фильеру необходимого профиля с последующей резкой на отрезки или намоткой в рулоны, бухты. Таким способом изготавливают, например пленки, листы, трубы, профили и т.д.
Рис.1. Пример высокопроизводительной линии производства рукавной пленки
Технологический состав
В экструзионную линию помимо экструдера и формующего инструмента могут входить: калибраторы, охлаждающие ванны, маркирующее устройство или принтер, тянущее устройство, наматывающее оборудование, пила для резки, устройство для укладки, более узкоспециальное оборудование (каландр, толщиномер, различные штампы, приемное устройство и т.д.). Все перечисленные узлы и агрегаты на современных производствах в состав одной линии не входят, они используются в зависимости от типа изделия, его размеров, вида полимерного сырья и т.п. Рассмотрим более подробное каждую из возможных составных частей.
Основное назначение экструдера можно описать как «плавление и продавливание полимера под постоянным давлением в формующий инструмент». Экструдеры подавляющего большинства применяемых на сегодняшний день линий делятся на одношнековые и двухшнековые. Таким образом, основными составными частями экструдера являются станина, материальный цилиндр, один или два шнека (червяка) с электроприводом вращения, набор электронагревателей и система контроля и регулировки температуры экструзионного цилиндра. Экструдер может быть оснащен дополнительными устройствами для улучшения процесса экструзии, например системой вакуумной дегазации, насосом и фильтром расплава полимера.
2. Формующий инструмент.
Фильера и экструзионная головка – это инструмент, определяющий какое именно изделие экструдируется на линии. Головка, как правило, также, как и экструдер, имеет встроенную систему обогрева. Качество исполнения формующего инструмента во многом определяет производительность и качество готовой продукции. Экструзионные головки по назначению делятся на плоскощелевые (листы и пленки), кольцевые (пленки и трубы), профильные и прочие.
Для окончательно придания формы и размеров полимерному продукту при экструзии применяют систему калибраторов. Как правило, калибраторы представляют из себя некое продолжение формующего инструмента, куда попадает отформованное в головке изделие, охлаждаясь и фиксируя свою геометрию. Кабилибраторы могут быть «сухого» (при отсутствии контакта с охлаждающей жидкостью) и «мокрого» (при наличии контакта) типа. Экструзионные изделия обычно калибруют по наружному размеру, для чего в калибрующих устройствах применяется вакуум.
4. Охлаждающие ванны.
Ванны охлаждения необходимы для понижения температуры отформованного изделия для безопасной с точки зрения его дальнейшей обработки, протяжки, резки и т.п. Ванн может быть несколько, причем первая, как правило, объединена с калибратором. Охлаждение экструдируемого изделия в ваннах препятствует его дальнейшему короблению и прочим температурным деформациям, например утяжинам.
5. Тянущее устройство.
Устройство вытяжки или протяжки имеет важную роль в процессе экструзии, т.к. вместе с непосредственно экструдером регулирует скорость работы всей линии. В случае неправильной работу тянущего устройства система может начать либо пульсировать, передавливать полимерную массу (в случае низкой скорости), либо экструдат может быть оборван, и работа линии нарушена (при слишком высокой скорости протяжки). Для труб, профилей и лент тянущее устройство обычно представляется собой два кольца из траков, обхватывающих изделие сверху и снизу.
6. Наматывающее или отрезное устройства.
В зависимости от экструдируемого изделия существует два основных типа окончательного его оформления в товарный вид. В случае пленок, лент, штангов, тонких труб и т.п. в состав линии устанавливают наматывающее устройство. В случае листов, профилей, труб большого диаметра – работает отрезное устройство, разделяющее готовый продукт изделие на мерные отрезки.
Рис.2. Простейшая установка с тянущим и намотчиком.
Применение
Все экструзионные полимерные линии объединяет единый технологический процесс производства изделий. Тем или иным способом пластик в виде гранул или порошка поступает через загрузочное отверстие в материальный цилиндр экструдера, нагревается и плавится там, проходит под давлением, создаваемом шнеком через зазор в формующем инструменте, калибруется и охлаждается, протягивается и принимает окончательный вид.
Важно, чтобы все основные узлы работали в синхронном режиме. Такой режим достигается и стабилизируется на этапе запуска линии в работу, который обычно составляет несколько часов.
В случае применения нескольких экструдеров в составе одной линии применяется процесс коэкструзии или соэкструзии. Такие системы обычно работают с несколькими экструдерами, но одним, хотя и довольно сложным, формующим инструментом и «хвостом» и называются коэкструзионными.
По производительности серийные экструзионные линии варьируются от установок, перерабатывающих несколько килограммов полимера в час, до гигантских систем, перерабатывающих несколько сотен килограммов материала в час. Средняя экструзионная линия для производства пластмассовой продукции может изготовить порядка 30-300 кг/час продукции. Скорость экструзии зависит от производительности экструдера и типа выпускаемой продукции и в случае тонкостенного изделия (пленка, трубка, полоса) на производительных линиях может составлять сотни метров продукта в минуту.
Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на
Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на
Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий
Экструзионная линия
Полимеры являются распространенными материалами. Но чтобы изготовить из них какой-либо предмет, требуется воспользоваться специальным оборудованием. Таким комплексом является экструзионная линия.
Процесс представляет собой выдавливание материала в определенную форму. Экструзионная линия отвечает за процесс безостановочной обработки вещества посредством продавливания через соответствующие формующие инструменты до конечного продукта. Для этого используется вязкий материал.
Основные требования к технологии экструзии при производстве листовых материалов
Экструзия является распространенным способом производства деталей из пластмассы. Такой обработке могут подвергаться практически все соответствующие материалы: эластомеры, термопласты, реактопласты.
Экструзию применяют для создания полимерных пленок, производства труб, наружных оплеток для проводов, элементов оптических систем, смесей резины, пластмасс и прочего в зависимости от качества сырья.
Кроме того, методику используют в производстве тепловых изоляционных материалов. Получается пенополистирол высоким уровнем качества, который применяют в изоляционных работах для железных дорог, фундаментов.
Изделия формируются экструзионными линиями. Их достаточно много в зависимости от профиля материала. Наиболее распространенный вариант оборудования предназначен для пластмассы. Линия включает различные агрегаты – экструдеров обычно несколько. К ним полагаются дополнительные инструменты.
Основными агрегатами для обработки полимеров являются экструдеры одношнековые и двухшнековые, дисковые и поршневые.
Технологический процесс предполагает пластификацию и передвижение материала шнеком в последствие вращения внутри цилиндра. Последний имеет 2 зоны:
1. Зона питания. Порошки, гранулы, сажевый концентрат транспортируются в область между витками шнека, располагаются плотнее.
2. Зона пластификации и плавления. Сырье плавится в местах, которые примыкают к поверхности цилиндра. Потом спрессовывается.
3. Дозирование расплава. Материал гомогенизируется и продавливается через формующую головку.
К основным параметрам экструзионного метода относят температуру в зонах устройства, давление, режим охлаждения. Эти данные определяются в процессе. Главные технические показатели экструзионных линий – характеристики шнека: длина, диаметр, их соотношение, скорость вращения.
Выделяют 3 главных способа экструзии:
1. Холодная. Задействованы к материалу только изменения механического типа, когда тот медленно передвигается под давлением, а формование осуществляется головкой, деление которой отличается.
2. Теплая. Смешивается сухой компонент с водой перед подачей в конструкцию экструдера. Там осуществляется не только механическое, то и температурное давление. Иногда изделия требуется дополнительно просушивать.
3. Горячая. В данном случае все проходит быстро и при температуре примерно в 200С. Для этого задействовано нагревательное оборудование.
Экструдер является главным оборудованием в экструзионной линии, предназначенной для производства пластмассовых изделий. Основные узлы следующие:
Выделяют экструзионные машины:
Одношнековый тип является специальным экструзионным оборудованием, которое чаще всего используется в линиях. Обычно делают на них листы, пленки, трубы, профили.
Устанавливаются шнеки барьерного типа, чтобы повысить производительность устройство за счет возрастания индекса перехода тепла от цилиндра к материалу. Уменьшение потребления энергии при этом осуществляется за счет зоны загрузки, где нарезка либо прямая, либо в виде винта.
Кроме того, задействуется специальная охлаждающая система. Если требуется обработка полимеров гигроскопического типа, то включают и зону дегазации.
Двухшнековые машины бывают параллельными и коническими. Последние предназначаются для переработки ПВХ, который подается в гранулированном или порошковом виде. Его используют для создания профилей. Подобное оборудование создает высокое давление для соответствующего уровня гомогенизации за короткий промежуток времени.
Шнеки вращаются навстречу друг другу. В итоге в цилиндр поставляется вещество. При этом температура полимера не увеличивается, а уровень трения внутри снижается. В оборудовании устанавливают различные системы управления, сушильные бункеры, загрузочные агрегаты.
Параллельные двухшнековые экструдеры применяют, когда требуется смешать несколько типов полимерных материалов. Система охлаждения жидкостью, входящая в такую конструкцию, дает возможность регулировать температуру веществ. Оборудование можно легко подстроить для определенных композиций, используя наборные элементы.
Специальное экструзионное оборудование – многошнековое. Сюда относятся машины 4-шнекового и планетарного типа. В последней располагается червячная система (1 центральный плюс 6 дополнительных шнеков). Подобное оборудование обычно применяют, когда требуется обработать сырье, склонное к быстрому разрушению под действие температуры.
Поршневые машины еще называются бесчервячными. Их применяют не часто, что связано с низким давлением и показателем производительности в пластификации. Обычно это оборудование используют для обработки политетрафторэтилена. Подобным агрегатам требуется много места и сложное обслуживание.
Дисковые экструдеры, как и предыдущие, используются тоже редко. Сырье перемещается к подвижным узлам, увеличивается давление за счет адгезионных свойств материала. Машины бывают одно- и многодисковыми. В последнем случае давление будет намного выше. Самое популярное изделие, которое получают посредством данного воздействия – пленка (ручные ее смогут соединять).
Распространенным является метод плоскощелевой экструзии. Отверстие в оборудование протачивают так, что оно стало тонким. Пленка, которая выходит из головки полотном, будет определенной толщины и ширины. Потом ее охлаждают.
1. Помещение на специальный холодный барабан.
2. Пропускание через ванну с водой.
В целом оборудование применяется для создания листов и пленок шириной с эту щель в агрегате.
Для труб экструдеры тоже используются. В зависимости от используемых материалов задействуют 1- или 2-шнековые агрегаты. Дополнительно применяют охлаждающие устройства, дробилки и прочее. Выпускают канализационные, газовые, водопроводные, дренажные и другие разновидности полимерных труб.
Преимущества экструдеров заключаются в их экономичности, высокой производительности, простоте использования, обслуживания и монтажа, прочности, надежности. Для запуска линий требуется минимальное количество людей.
Но одной из проблем является появление пузырьков. Для их устранения применяют дегазирующие экструдеры. В них потом сырье, в котором нужно убрать пузыри, перемещается от привода шнека. А дегазированный материал проходит к его концу. После подачи сырья осуществляется действие атмосферного давления или вакуума. Так и происходи дегазация.
Экструзионная линия для производства гранул композиционного материала для кабельной промышленности
Применяются полиэтилен, ПЭНД и сажевый концентрат в гранулированном виде, а также Ирганокс в порошковой форме и жидкий дбутилоловодилаурат. Показатель производительность линии должен составлять от 800 до 100 кг в час. Температура среды – от 10 до 400С, а воды для охлаждения – 150С.
Используется экструзионная линия для создания композиционных гранул. Они применяются в кабельной промышленности. Основой такой линии является 2-винтовой экструдер. В комплекте применяют гравиметрическое оборудование для дозировки, а также водокольцевую систему, чтобы создавать гранулы.
Мощность в узле переработке составляет 710 кВт, а в зоне нагрева – 170 кВт. Двигатель рассчитан на 11 кВт. Вращение составляет 1500 оборотов в минуту. Давление – 6 бар. Оборудование изготовлено из нержавеющей стали и специальных сплавов.
Его применяют для того, чтобы соединять полимеры термопластичного типа.
Экструдер: что это такое, для чего он предназначен
Моделей экструдеров, то есть машин, предназначенных для переработки полимеров в расплав, великое множество. Они различаются по характеристикам и виду перерабатываемого сырья. Среди массы вариантов их использования наиболее популярно получение с их помощью полиэтиленовых или полипропиленовых плёнок, из которых производят гибкую упаковку. На полученные материалы можно наносить печать и сваривать пакеты. А также своё применение они нашли в пищевой промышленности для изготовления макаронных изделий.
Общая информация
Экструдер — это машина, которая превращает сырьё в виде мелких частиц в расплав определённой формы. В качестве таких частиц могут использоваться гранулы, порошок, разнообразные пасты или лом.
Процесс заключается в прохождении сырья через специальный формующий инструмент (экструзионную головку, фильерную пластину). Форму готового продукта задаёт калибрующее устройство с определённым сечением. Она будет зависеть от вида отверстия в формующем устройстве. Если это щель, на выходе получится листовой материал, если кольцо, то изделие будет иметь форму трубы.
Процесс, происходящий с использованием этого оборудования, называется экструзией. В зависимости от конструкции машины её делят на несколько видов:
Области применения
Технология изготовления изделий путём применения экструзии нашла своё применение в областях, описываемых далее.
Классификация оборудования
Свет увидел первый экструдер ещё в XIX веке, а уже к XX было создано множество модификаций этого оборудования. Современные экструдеры имеют несколько классификаций. По типу транспортирующего устройства они делятся на следующие виды:
По расположению шнеков:
По частоте вращения:
По направлению вращения:
Принцип работы
Специальный загрузчик помещает сырьё в бункер машины. Эта работа может выполняться также и вручную. При этом гранулы засыпаются в загрузочную воронку. Из бункера они проталкиваются в зону шнека, а оттуда — в цилиндр пластификации. По пути продвижения сырьё перемешивается для однородности будущего расплава, а также находится под воздействием высоких температур и давлением элементов экструдера. На выходе путём плавления получается вязкая прозрачная масса, увеличенная в объёме за счёт растягивания.
Если экструдер дисковый, то в качестве транспортирующего устройства используют два диска, один из которых находится в неподвижном состоянии, а другой непрерывно вращается. Сырьё, попадающее в отверстие статичного диска, перемешивается и гомогенизируется. Оборудование, оснащённое таким устройством, прекрасно подойдёт для изготовления однородных смесей.
Поршневой экструдер характеризуется низкой производительностью, поэтому его применение ограничено в основном изготовлением труб. Принцип работы заключается в выдавливании материала поршнем, что придаёт готовому изделию необходимую форму.
Для всех этих целей бывает недостаточно одного экструдера. Чтобы наладить массовое производство и получить качественный продукт, приходится использовать дополнительные машины или устройства. Все вместе они будут образовывать экструзионную линию.
Таким образом, можно получить не только расплав, но и сразу преобразовать его в готовое изделие, например, упаковочную плёнку, пластиковые трубы или поливинилхлоридный профиль.
Устройство экструдера
Устройство такого оборудования удобнее всего объяснить на примере самого простого из типов этой машины — одношнекового экструдера, также называемого одночервячным или одновинтовым. Он оснащён одним шнеком, и машина имеет одну сварную раму, в которую встроен вертикальный редуктор с упорным подшипником.
Через специальную муфту к редуктору подсоединяется электрический двигатель. Таким образом, он располагается под узлом пластификации. Нагрев происходит с помощью электрического шкафа, который автоматический регулирует температуру. Коррозионная стойкость обеспечивается путём насыщения элементов экструдера парами азота. Благодаря этому они не выходят из строя и являются довольно долговечными.
Кроме перечисленных выше, к раме подсоединены приборы, позволяющие осуществлять контроль над ходом производства. Они управляются пультом оператора. Благодаря компактным размерам получающегося устройства шнек можно вставлять прямо в выходной вал редуктора.
Процесс дегазации
Немаловажным этапом производства является дегазация. Сырьё, перерабатываемое экструдером, не всегда является идеальным, оно содержит примеси, излишнюю влагу и воздух. Чтобы качество материала не снижалось из-за несовершенства гранул, в машине осуществляется процесс дегазации. Он заключается в выпаривании воды, остаточного растворителя и мономеров из сырья под воздействием высоких температур или искусственно созданного вакуума. Осуществляется процесс либо шнеком, если в оборудовании предусмотрен только один винт, либо специальной камерой, если рассматривается многочервячный экструдер.
Роль шнека
Шнек имеет несколько функций, в зависимости от которых цилиндр можно условно разделить на несколько важных зон:
Все процессы происходят при нагреве, температура которого может различаться от зоны к зоне. Качество получаемого материала будет зависеть от условий и полноты прохождения сырьём перечисленных этапов.
Преимущества одношнекового и двухшнекового экструдеров
Главная характеристика машины — количество и вид шнеков. Самым распространённым типом является одношнековый экструдер. Он прост в обслуживании по сравнению с другими видами этой машины. Для его работы необходим только один оператор, поскольку все важные органы управления локализированы в одном месте. Но если машина входит в состав крупной экструзионной линии, может понадобиться подсобный рабочий. Конечное количество операторов и рабочих определяется технологией и целями производства.
Ещё одним немаловажным достоинством одношнекового экструдера является лёгкость транспортировки. Его можно перевезти с одного производства на другое или переустановить в новом месте.
Но иногда такой экструдер не позволяет получить необходимого качества плавления готового продукта, и в производстве применяют двухшнековую машину. Она позволяет лучше транспортировать сырьё, подходит для гигроскопичных гранул. Зачастую оборудование с двумя винтами обладает функцией самоочищения, что также удобно для эксплуатации.
Задачи оператора
Современные машины оснащены всеми датчиками регулировки оптимальных условий для получения качественной плёнки. Однако задача оператора состоит в том, чтобы правильно настроить все параметры и поддерживать их на протяжении всего процесса. Конкретные условия работы зависят от вида производимых материалов, но есть несколько критериев, являющихся наиболее важными. Они и будут описаны далее.
Контроль температуры
Оператор должен контролировать процесс превращения гранул в готовый расплав. Для этого, в частности, осуществляется наблюдение за работой тепловой автоматики. Система должна обеспечивать поддержание необходимой температуры как в каждой из рабочих зон экструдера, так и в его элементах, важнейшими из которых являются головка и фильеры. На каждый участок приходится свой прибор, что позволяет более тонко настроить работу машины и получить наиболее качественный по однородности, форме и другим характеристикам материал. Но для наилучшего результата необходим опыт и ответственность оператора, который сможет отследить показания приборов и настроить их.
Регулировка вращения шнека
Шнек является важным элементом работы экструдера. Особенно важную роль он играет при вхождении машины в состав экструзионной линии, предназначенной для выпуска труб или гибкой упаковки. Барьерные шнеки увеличивают производительность и позволяют добиться высокого качества конечного продукта. Их действие заключается в отделении исходного сырья от готового расплава.
Это осуществляется путём разделения шнека на две области с помощью встроенного в него дополнительного витка. В начале линии прохождения гранул большее отделение отводится под них, ближе к концу канал, содержащий расплавленный полимер, увеличивается в объёме, в то время как под недорасплавленный материал отводится меньше места. Таким образом, эти две фракции не пересекаются друг с другом, а только плавно перетекают одна в другую.
В зависимости от технологии производства шнеки могут иметь различный диаметр и частоту вращения. Оператор контролирует последний параметр благодаря работе частотных преобразователей. Чем выше частота вращения, тем больше производительность экструдера. Однако этот параметр нужно аккуратно регулировать, чтобы не снизить качество выпускаемого продукта. В совершенных приборах преобразователи позволяют быстро переходить от низких скоростей к высоким, и, наоборот, без промежуточных этапов.
Изменение диаметра и формы
Однородный расплав, являющийся основой будущего продукта, проходит через специальные отверстия. Они придают ему нужную форму, например, кольца. Оператор должен установить значение необходимого диаметра этого кольца, благодаря чему расплав примет форму трубы заданных размеров. Эта форма может меняться под воздействием сжатого воздуха. Так, можно раздуть расплав ещё больше, а можно направить его в зазор между валков элеватора, что приведёт к сплющиванию материала и его оседанию на дне машины в виде рукава.
Полученный материал можно разрезать с одной или обеих сторон с помощью фальцевателей. С применением специальных ножей можно разрезать полученное изделие после прохождения им сушки на небольшие отрезки.
Достоинства
Экструдер обладает высоким уровнем производительности в сочетании с небольшими эксплуатационными расходами. Для полноценного функционирования такого оборудования не нужно большое количество обслуживающего персонала и глубокие знания химических процессов. Его легко установить и запустить в работу. При корректном использовании машина не требует частого ремонта. Возможность регулирования различных параметров экструдера позволяет получать качественные материалы различной толщины и ширины, необходимой производителю.